WO2016115582A1 | 2016-07-28 |
US3031287A | 1962-04-24 | |||
FR2973364A1 | 2012-10-05 | |||
US20160083658A1 | 2016-03-24 | |||
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DE102013017050A1 | 2015-03-26 | |||
DE3926964A1 | 1991-02-21 | |||
DE3926964A1 | 1991-02-21 | |||
EP2491998A1 | 2012-08-29 |
Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff-haltigen Produkten ausgewählt aus der Gruppe umfassend oder bestehend aus Benzin, Diesel, Kerosin und Methan aus dem Dampf vor oder hinter einer Dampfturbine oder aus geothermisch gewonnenen Dampf, dadurch gekennzeichnet, dass bei Temperaturen oberhalb von 300°C die Kohlenstoff-haltigen Produkte ausschließlich oder überwiegend aus dem Dampf, und aus Kohlendioxid (C02) gewonnen werden. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei als Kohlendioxid (C02) das in der Luft enthaltene Kohlendioxid und/oder das im Abgas einer ausschließlich oder überwiegend mit fossilen Brennstoffen betriebenen Einrichtung enthaltene C02 eingesetzt wird. 3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst der Dampf in Wasserstoff und Sauerstoff gespaltet wird, wobei diese Spaltung in Gegenwart von Metallen oder Metall-Legierungen erfolgt. 4. Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei die Spaltung in Gegenwart von Metallen ausgewählt aus der Gruppe umfassend oder bestehend aus Zirkonium, Palladium, Rhodium und Platin und/oder in Gegenwart von Zirkalloy-Legierung und/oder in Gegenwart von Material von Kernbrennstäben erfolgt. 5. Verfahren gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei das Metall, das im Schritt der Spaltung des Dampfes in Wasserstoff und Sauerstoff eingesetzt wird und nach der Reaktion in oxidierter Form vorliegt, wieder reduziert wird und wieder im erfindungsgemäßen Verfahren im Schritt der Spaltung von Dampf in Wasserstoff und Sauerstoff eingesetzt wird. 6. Treibstoffproduktionsanlage geeignet zur Gewinnung von Kohlenstoff-haltigen Produkten ausgewählt aus der Gruppe umfassend oder bestehend aus Benzin, Diesel, Kerosin und Methan aus dem Dampf vor oder hinter einer Dampfturbine oder aus geothermisch gewonnenen Dampf, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eingerichtet ist, um bei Temperaturen oberhalb von 300°C die Kohlenstoff-haltigen Produkte ausschließlich oder überwiegend aus dem Dampf, Kohlendioxid (C02) zu gewinnen. 7. Treibstoffproduktionsanlage gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eingerichtet ist, um als Kohlendioxid (C02) das in der Luft enthaltene Kohlendioxid und/oder das im Abgas einer ausschließlich oder überwiegend mit fossilen Brennstoffen betriebenen Einrichtung enthaltene C02 zu nutzen. 8. Treibstoffproduktionsanlage gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eingerichtet ist, um zunächst den Dampf in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten, wobei diese Spaltung in Gegenwart von Metallen und/oder Metall- Legierungen und/oder metallhaltigen Verbindungen erfolgt. 9. Treibstoffproduktionsanlage gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eingerichtet ist, um zunächst den Dampf in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten, wobei diese Spaltung in Gegenwart von Metallen ausgewählt aus der Gruppe umfassend oder bestehend aus Zirkonium, Palladium, Rhodium und Platin und/oder in Gegenwart von Zirkalloy-Legierung und/oder in Gegenwart von Material von Kernbrennstäben erfolgt. 10. Treibstoffproduktionsanlage gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine Wärmepumpe und/oder einen Wärmetauscher umfasst, a) die ganz oder überwiegend als Zusatzeinrichtung zur Kühlung und/oder Heizung des Dampfes fungieren, und/oder b) die zur Hochheizung des C02-haltigen Abgases dienen. |
Bislang besteht bei vielen Kraftwerkstypen, insbesondere bei Kraftwerken mit einer Wärmeerzeugung basierend auf fossilen Brennstoffen (wie beispielsweise bei Kohle-, Öl-, und Gaskraftwerken) sowie bei Atomkraftwerken und Geothermie-Kraftwerken und anderen das Problem, dass es (a) Abwärme gibt und (b) außer bei Geothermie- und Atomkraftwerken, also insbesondere bei Kraftwerken mit einer Wärmeerzeugung, die auf fossilen Brennstoffen beruht, entsteht Kohlendioxid (C0 2 ) als Abfallstoff. Ferner sind im Abgas aufgrund einer unvollständigen Verbrennung des fossilen Brennstoffs gegebenenfalls Kohlewasserstoffe als Abfallstoff im Abgas enthalten. Auch als Kraftwerkstypen im Sinne der Erfindung können auch mit fossilen Brennstoffen betriebene Motoren (z. B. Schiffsmotoren) angesehen werden, bei denen fossiler Brennstoff nur zum Teil zum Zweck der Erzeugung von Wärmeenergie verbrannt wird. Um den Einfluss der Abwärme auf die Umwelt zu reduzieren, werden bei Kraftwerken oft Kühltürme und/oder Direktkühlung, zum Beispiel mit Hilfe von Wärmetauschern und Kühlung durch Meerwasser, insbesondere wenn das Kraftwerk nahe der Meeresküste gelegen ist (beispielsweise erfolgte Kühlung durch Meerwasser in den Atomkraftwerken in Brunsbüttel und in Fukushima). Im Binnenland werden bevorzugt Kühltürme eingesetzt, die aber oft ein Gegenstand von Bürgerprotesten sind. Ebenso ist die Emission von Kohlendioxid bei den Kraftwerks typen mit einer Wärmeerzeugung basierend auf fossilen Brennstoffen von Nachteil und immer wieder Gegenstand von Bürgerprotesten.
Die Methode„Benzin und Diesel aus C0 2 Luft zu gewinnen" ist Stand der Technik (siehe auch Az. DE 10 2009 014 728 AI; Fischer-Tropsch Synthesen etc.). Die kostengünstige(l) Reduktion von C0 2 zu CO war bislang das Problem, da dazu Wasserstoff elektrolytisch gewonnen werden musste. Die Erfindung verwendet keine(!) Elektrolyse, zumindest nicht „hauptsächlich". Die Kühlungsfrage besteht bei geothermischen Kraftwerken, siehe DE 10 2010 004 609.4 und DE 10 2011 113 094.6, DE 10 2013 017 050.8. Auch laufen alte Kohlekraftwerke oft an der Wirtschaftlichkeitsgrenze bzw. werden aus wirtschaftlichen Gründen stillgelegt. Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff-haltigen Produkten ausgewählt aus der Gruppe umfassend oder bestehend aus Benzin, Diesel, Kerosin und Methan, bevorzugt von Kohlenwasserstoffen, aus dem Dampf vor oder hinter einer Dampfturbine oder aus geothermisch gewonnenen Dampf, dadurch gekennzeichnet, dass
bei Temperaturen oberhalb von oberhalb von 300°C, bevorzugt oberhalb von 400°C, besonders bevorzugt bei Temperaturen von 450°C bis 900°C
die Kohlenstoff-haltigen Produkte ausschließlich oder überwiegend aus dem Dampf, aus Kohlendioxid (C0 2 ), vorzugsweise aus in der Luft enthaltenem Kohlendioxid und/oder aus dem im Abgas einer ausschließlich oder überwiegend mit fossilen Brennstoffen betriebenen Einrichtung enthaltenen C0 2
gewonnen werden. Überraschend wurde gefunden, dass nach dem erfindungsgemäßen Verfahren C0 2 , insbesondere C0 2) das von Kraftwerken mit einer Wärmeerzeugung basierend auf fossilen Brennstoffen, erzeugt wird, zusammen mit heißem Wasserdampf („Heißdampf ', insbesondere Dampf, der als„Abwärme" bei Kraftwerken anfällt, nach der Methode der Patentschrift kostengünstig zu Kohlenstoff-haltigen Produkten verarbeitet werden kann, und diese hochwertigen Kohlenstoff-haltigen Produkten (Benzin, Diesel, Kerosin und andere) die C0 2 -Bilanz von alten Kohlekraftwerken deutlich verbessern (bis zu Null C0 2 - Emissionen). Liegt der Wasserstoff kostengünstig („kostenlos") vor, ist die Frage der Wandlung von C02 (und CO) in Diesel, Benzin etc. gelöst. Quellen für das Kohlendioxid
Das eingesetzte Kohlendioxid kann Kohlendioxid in handelsüblicher Reinheit sein aber auch jegliche gasförmigen Gemische, die Kohlendioxid enthalten, können im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden. Vorzugsweise kann Kohlendioxid im Sinne der Erfindung insbesondere aus einer oder mehrerer der nachfolgenden Quellen eingesetzt werden:
(i) Als Quelle für das Kohlendioxid kann im Sinne der Erfindung die Luft der Erdatmosphäre eingesetzt werden, denn die Luft unserer Erdatmosphäre enthält für das erfindungsgemäße Verfahren einen ausreichenden Gehalt an Kohlendioxid. Im Sinne der Erfindung kann die Atmosphäre auch als CQ 2 -Zwischenspeicher angesehen werden, denn das C0 2 zunächst freigesetzt bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen (beispielsweise in den Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen, Autos, Schiffen oder in den Triebwerken von Flugzeugen). Wenn dabei Kohlenwasserstoffe bei der Verbrennung eingesetzt werden, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnen wurden, wird das Erdöl als (fossile) Quelle für die für die Verbrennung benötigten Kohlenwasserstoffe eingespart. Denn mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere durch den Einsatz von geothermisch erzeugten Dampf, können Kohlenwasserstoffe aus dem Kohlendioxid der Luft (als diffuser C0 2 -Quelle) (zurück-)gewonnen werden; in diesem Sinne kann die Atmosphäre also als C0 2 -Zwischenspeicher angesehen werden.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist daher, dass bei Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens das Kohlendioxid der Atmosphäre teilweise entzogen wird, wodurch der weitere Anstieg des Kohlendioxid-Gehalts der Atmosphäre gebremst oder bei verbreitetem Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens gegebenenfalls sogar reduziert werden kann. Dies hat dann auch den Vorteil, dass die Ozeane nicht noch mehr Kohlendioxid aufnehmen und dadurch in Bezug auf deren Säuregehalt nicht weiter versauern, d.h. der pH-Wert der Ozeane sinkt nicht weiter ab.
(ii) Als Quelle für das Kohlendioxid kann das Abgas einer ausschließlich oder überwiegend mit fossilen Brennstoffen (wie beispielsweise Kohle, Öl, Gas) betriebenen Einrichtung, vorzugsweise das Abgas eines mit fossilen Brennstoffen (wie beispielsweise Kohle, Öl, Gas) betriebenen Kraftwerks, eingesetzt werden, oder es kann das Abgas von mit fossilen Brennstoffen betriebene Motoren (z. B. Schiffsmotoren, Motoren von Kraftfahrzeugen) eingesetzt werden. Dieses Abgas enthält einen gegenüber der Atmosphäre höheren Gehalt an C0 2 .
(iii) Als Quelle für das Kohlendioxid kann im Sinne der Erfindung auch Kohlendioxid eingesetzt werden, das über Luftzerlegungsanlage und/oder Extraktionsanlagen gewonnen wurde. Luftzerlegungsanlagen und die Extraktion von C0 2 aus der Luft ist dem Fachmann bekannt, und Luftextraktions-Anlagen werden bei Gas- und Dampfturbinen (GuD)- Kraftwerken regelmäßig erwähnt, z. B. um eine optimale Gas-Zusammensetzung zu erzielen (z. B. Az. DE 39 26 964 Spalte 2, Zeile 32).
(iv) Als Quelle für das Kohlendioxid kann im Sinne der Erfindung auch Kohlendioxid aus Vulkanen dienen. Wird im erfindungsgemäßen Verfahren das C0 2 in „hoch konzentrierter Form" (im Vergleich zum C0 2 der Luft) eingesetzt, ist das erfindungsgemäße Verfahren noch wirtschaftlicher. Daher wird im erfindungsgemäßen Verfahren als Quelle für das Kohlendioxid das Abgas einer ausschließlich oder überwiegend mit fossilen Brennstoffen betriebenen Einrichtung eingesetzt, und/oder über Extraktionsanlagen gewonnenes Kohlendioxid.
Stand der Technik sind auch Verfahren, mit Hilfe der Hochtemperatur-Elektrolyse Kohlenwasserstoffe zu erzeugen, sozusagen als Teilschritt zur Speicherung von Windstrom (Power to Liquids, PtL). Diese Projekte dienen dazu, Wind- und Sonnenstrom in Form von Kohlenwasserstoffen zu speichern. Deren hoher Kostenpunkt ist, naturgemäß, die Energie. Hierbei wird, in Analogie zur seit mehr als fünfzig Jahren existierenden Kohlehydrierung: Zunächst wird Wasserdampf bei sehr hohen Temperaturen, zum Beispiel 850° C, in Wasserstoff und Sauerstoff elektrolytisch (sunfire.de) gespalten. Anschließend wird mit dem Wasserstoff, ebenfalls bei geeigneten Temperaturen, das C0 2 zu CO reduziert und dann weiter zu (falls gewünscht) Kohlenwasserstoffen„aufsynthetisiert". Nach diesem Verfahren ist, naturgemäß, die für die Hochtemperatur-Elektrolyse benötigte elektrische Energie („einzukaufender Windstrom") ein wesentlicher Kostenfaktor.
Es gibt mehrere Ansätze (Patentschriften, Offenlegungsschriften, z. B. DE 39 26 964 AI, Siemens oder EP 2 491 998 AI, Sunfire), die C0 2 und CO zu nutzbaren Substanzen verarbeiten und dabei in einem ersten Schritt Elektrolyse zur Wasserstofferzeugung verwenden, z. B. Sunfire. Der elektrolytische Schritt ist aber teuer. Sunfire verwendet Elektrolyse bei hohen Temperaturen, um höhere Reaktionsraten zu erzielen.
Verfahrens führung
Die Reaktionsraten des erfindungsgemäßen Verfahrens sind stark temperaturabhängig. Es gilt als Richtwert: Je höher die Temperatur desto höher die Ausbeute an Kohlenstoffhaltigen Produkten ausgewählt aus der Gruppe umfassend oder bestehend aus Benzin, Diesel, Kerosin und Methan, bevorzugt von Kohlenwasserstoffen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass bei Temperaturen oberhalb von 300°C, bevorzugt oberhalb von 400°C, besonders bevorzugt bei Temperaturen von 450°C bis 850°C die Kohlenstoff-haltigen Produkte ausschließlich oder überwiegend aus dem Dampf und dem Kohlendioxid (C0 2 ) gewonnen werden. Die hohen Temperaturen gibt es bei der Methode der Erfindung sehr kostengünstig, da bislang nicht genutzte Energie (Abwärme aus Kraftwerken basierend auf fossilen Brennstoffen, geothermische Energie aus dem Erdinneren, Abwärme bei Atomkraftwerken) genutzt wird und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in hochpreisige Kohlenstoff- haltige Produkte umgewandelt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass zunächst bei Temperaturen oberhalb von 300°C, bevorzugt oberhalb von 400°C, besonders bevorzugt bei Temperaturen von 450°C bis 900°C der Dampf in Wasserstoff und Sauerstoff (zumindest teilweise) gespalten wird, wobei diese Spaltung in Gegenwart von Metallen erfolgt.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist der Wasserstoff, auch in großen industriellen Mengen damit sehr kostengünstig zu erzeugen, denn die aus dem Stand der Technik bekannte teure Elektrolyse wird nicht benötigt, kann aber optional mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch kombiniert werden. Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Verfahren aber keinen Schritt einer elektrochemischen Erzeugung von Wasserstoff auf.
Die Erfindung bezieht sich auf zahlreiche Metalle / Legierungen / Substanzen, bei denen bei hoher Temperatur Wasserdampf sich in Wasserstoff und andere Substanzen spaltet. Die Metalle sind vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe umfassend oder bestehend aus Zirkonium, Eisen, Palladium, Rhodium und Platin einschließlich von Mischungen oder Legierungen dieser Metalle. Beispielsweise können auch das Material von Kernbrennstäben (jedoch ohne das Uran und/oder Plutonium) sowie Zircalloy-Legierung eingesetzt werden. Unter Zirkalloy-Legierungen werden im Sinne der Erfindung Legierungen des Zirconiums mit weiteren Metallen verstanden, die zu mehr als 90 % aus Zirconium bestehen. Als weitere Legierungsbestandteile enthält die Zirkalloy-Legierung vorzugsweise geringe Mengen von Zinn (besonders bevorzugt ca. 1 ,5 %) und sowie weitere Metalle wie Eisen, Nickel, Chrom und/oder Niob.
Im Allgemeinen bezieht sich dies Erfindung auch auf alle geeigneten Metalle, Legierungen und Substanzen, bei denen Wasserdampf sich bei hohen Temperaturen in Wasserstoff und Sauerstoff spalten lässt. Es sind alle denkbaren Geometrien dieser Metalle geeignet, besonders geeignet sind Stäbe, Gitter, poröse Medien. Es konnte beispielsweise im Labor und großtechnisch gezeigt werden, dass Wasserstoff bei ca. 800° C aus Wasserdampf (Dampf) in Gegenwart von Zirkonium entstand, wobei Zirkonium zu Zirkonoxid (v.a. Zr0 2 ) oxidiert wurde.
Beim Atomunfall in Fukushima, 2011, wurde bei ca. 800° C die Ummantelung der Brennstäbe beschädigt. Der heiße Wasserdampf reagierte mit der Zirkonium-haltigen Legierung der Brennstäbe zu Wasserstoff. Die Mengen an gebildetem Wasserstoff waren so groß, dass der Wasserstoff abgelassen werden musste.
Kreisprozess
Das Metall, das im Schritt der Spaltung des Dampfes in Wasserstoff und Sauerstoff eingesetzt wird, kann nach der Reaktion in oxidierter Form vorliegen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erfindungsgemäße Verfahren daher dadurch gekennzeichnet, dass das Metall, welches im Schritt der Spaltung des Dampfes in Wasserstoff und Sauerstoff eingesetzt wird, und nach der Reaktion in oxidierter Form vorliegt, wieder reduziert wird und in das erfindungsgemäße Verfahren im Schritt der Spaltung von Dampf in Wasserstoff und Sauerstoff zurückgeführt wird („Kreisprozess"). Dieser Kreisprozess hat den Vorteil, dass die Verfahrensführung wirtschaftlich ist. Die Reduktion der in oxidierter Form vorliegenden Metalle kann nach dem Fachmann bekannten Verfahren durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Reduktion der Metalloxide mit Hilfe von Kohlenstoff erfolgen. Auch möglich ist, wie beispielsweise im Falle von Zr0 2 , dass zunächst ZrCL 4 erzeugt wird, welches dann reduziert wird. Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise bekannt (Quelle: Zirconium: https://de.wikipedia.org wiki/Zirconiuni?oldid= 148356524 Autoren: Chd, Brion VIBBER et al), dass auch Zirkon als häufigster Zirconium-Rohstoff vor der Weiterverarbeitung erst in Zirconiumdioxid umgewandelt wird. Dazu wird der Zirkon in einer Natriumhydroxid- Schmelze gekocht (alkalischer Aufschluss). Das Zirconiumdioxid wird danach mit Koks im Lichtbogen zu Zirconiumkarbonitrid (Kohlenstoff und stickstoffhaltiges Zirconium) und anschließend mit Chlor zu Zirconiumtetrachlorid umgesetzt. Zr0 2 + 2 C + 2 Q 2 bei 900°C ZrQ 4 + 2 CO
Eine direkte Reduktion von Zirconiumdioxid mit Kohlenstoff (wie im Hochofenprozess) ist nicht möglich, da die hierbei entstehenden Carbide sehr schwer vom Metall zu trennen sind. Stattdessen wird Zirconiumtetrachlorid im so genannten Kroll-Prozess mit Magnesium in einer Helium- Atmosphäre zu Zirconiummetall reduziert.
ZrCl 4 + 2 Mg Zr + 2 MgCl 2 „
Auch im Sinne der Erfindung ist es, wenn Metallverbindungen eingesetzt werden, aus denen sich im Laufe des erfindungsgemäßen Verfahrens die Metalle bilden. Somit können im erfindungsgemäßen Verfahren auch Metalloxide oder Metallsalze eingesetzt werden, da aus diesen bei durchlaufen des Reduktionsschrittes des Kreisprozesses das Metall erzeugt wird, welches dann für die Spaltung des Dampfes in Wasserstoff und Sauerstoff eingesetzt wird. Metalloxide sind die Oxide der vorgenannten Metalle zu verstehen. Als Metallsalze sind die Halogenide, Sulfate, Hydroxide der vorgenannten Metalle zu verstehen.
Vorteilhaft für die Wirtschaftlichkeit ist, dass die Energie für diesen Kreisprozess zum Beispiel, aber nicht nur, aus dem heißen Abgas der Schornsteine, der Geothermie oder auch dem heißen Dampf eines Kraftwerks (beispielsweise dem heißen Dampf hinter der Dampfturbine eines Kraftwerks). Es geht bei diesem Prozess also primär darum, kostengünstige Energie (heißen Abgas der Schornsteine, geothermische Energie oder auch dem heißen Dampf eines Kraftwerks)) in ein hochpreisiges Produkt (Kohlenstoff-haltigen Produkten ausgewählt aus der Gruppe umfassend oder bestehend aus Benzin, Diesel, Kerosin und Methan, bevorzugt von Kohlenwasserstoffen) zu wandeln. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Einsparung von C0 2 .
Die hohen Temperaturen gibt es bei der Methode der Erfindung sehr kostengünstig, de facto„kostenlos". Die einzelnen Schritte, zum Beispiel Metallaufbereitung, die durchaus Energie kosten, werden von der„kostenlosen" Energie angetrieben.
Die Metallaufbereitung kann zum Beispiel als containerisierte Anlage, bevorzugt angetrieben durch die Hitze der Kraftwerksschornsteine, Vulkane, Geothermie-Sites erfolgen.
Es geht also darum„kostenlose" aber bislang nicht genutzte Energie (in den Schornsteinen, aus dem Erdinneren (geothermisch), Abwärme bei Atomkraftwerken) in„hochpreisige Produkte" (Benzin, Diesel etc.) zu wandeln. Vorteilhaft für die Wirtschaftlichkeit im Falle einer geothermischen Energiequelle: Die Kühlung ist dadurch einzusparen, dass die Kühlung weggelassen wird und der Wasserdampf mit dem C0 2 aus der Luft zu Kohlenstoff-haltigen Produkten ausgewählt aus der Gruppe umfassend oder bestehend aus Benzin, Diesel, Kerosin und Methan, bevorzugt von Kohlenwasserstoffen umgewandelt wird.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Treibstoffproduktionsanlage geeignet zur Gewinnung von Kohlenstoff-haltigen Produkten ausgewählt aus der Gruppe umfassend oder bestehend aus Benzin, Diesel, Kerosin und Methan aus dem Dampf vor oder hinter einer Dampfturbine oder aus geothermisch gewonnenen Dampf, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eingerichtet ist, um bei Temperaturen oberhalb von 300°C, bevorzugt oberhalb von 400°C, besonders bevorzugt bei Temperaturen von 450°C bis 900°C die Kohlenstoff-haltigen Produkte ausschließlich oder überwiegend aus dem Dampf, dem Kohlendioxid (d.h. dem C0 2 der Luft, aus dem Abgas aus ausschließlich oder überwiegend mit fossilen Brennstoffen betriebenen Einrichtung, aus dem Abgas von mit fossilen Brennstoffen betriebene Motoren und/oder über Extraktionsanlagen gewonnenes C0 2 ) zu gewinnen. Die Bezeichnung„vor oder hinter einer Dampfturbine" bezieht sich darauf, dass der Dampf vor dem Durchlaufen der Dampfturbine im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt wird („vor der Dampfturbine") oder nach dem Durchlaufen der Dampfturbine im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt wird („nach der Dampfturbine"). Unter Dampf wird im Sinne der Erfindung Wasserdampf verstanden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erfindungsgemäße Treibstoffproduktionsanlage so eingerichtet, zunächst den Dampf in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten, wobei diese Spaltung in Gegenwart von Metallen erfolgt, und wobei gegebenenfalls das Metall, welches im Schritt der Spaltung des Dampfes in Wasserstoff und Sauerstoff eingesetzt wird, und nach der Reaktion in oxidierter Form vorliegt, wieder reduziert wird und über einen Kreisprozess in das erfindungsgemäße Verfahren zurückgeführt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erfindungsgemäße Treibstoffproduktionsanlage so eingerichtet, dass die Anlage eine Wärmepumpe und/oder einen Wärmetauscher, besonders bevorzugt eine Wärmepumpe umfasst, a) die ganz oder überwiegend als Zusatzeinrichtung zur Kühlung und/oder Heizung des Dampfes fungieren, und/oder
b) die zur Hochheizung des Kohlendioxids, vorzugsweise des C0 2 -haltigen Abgases dienen.
Beispielsweise kann bei geothermischen Kraftwerken kann mit Hilfe eines Bohrlochs und eingeleitetem H 2 0 geothermisch erzeugte Dampf (beispielsweise der Dampf hinter der Turbine eines Stromgenerators) mit einer Wärmepumpe (bevorzugt mit einer Hochtemperatur- Wärmepumpe), die zum Beispiel heißen Wasserdampf als zu komprimierendes / expandierendes Gas verwenden, auf eine für das erfindungsgemäße Verfahren benötigte Temperatur gebracht werden. Zum Beispiel kann der Dampf mit einer Wärmepumpe zunächst auf eine Temperatur von 450° C gebracht werden, und dann kann die Temperatur des Dampfes mit Hilfe einer Wärmepumpe schrittweise auf 850° C erhöht werden. Die größere Menge Dampf fließt dann durch die Wärmepumpe gekühlt wieder nach unten in das Bohrloch, die kleine Menge Dampf wird dann im erfindungsgemäßen Verfahren verarbeitet zur Gewinnung von Kohlenstoffhaltigen Produkten ausgewählt aus der Gruppe umfassend oder bestehend aus Benzin, Diesel, Kerosin und Methan, bevorzugt von Kohlenwasserstoffen.
Im erfindungsgemäßen Verfahren dient also die Wärmepumpe
a) ganz oder überwiegend zur Kühlung und/oder Heizung des im Verfahren
eingesetzten Dampfes und/oder
b) zur Hochheizung des Kohlendioxids, vorzugsweise des C0 2 -haltigen Abgi Die Ansprüche beziehen sich auf Einrichtungen, die den Dampf ganz oder teilweise hinter der Turbine durch Wärmepumpen, Wärmetauscher oder andere geeignete Einrichtungen auf ein höheres Temperatur-Niveau bringen („hoch heizen"). Die gekühlte Seite fließt bei geothermischen Kraftwerken dann, ggf. über mehrere Schritte, ins Bohrloch zurück, bei Nutzung von Dampf aus einem Kraftwerk fließt die gekühlte Seite des Dampfes zurück in den Kraftwerksprozess. Der Dampf mit höherem Temperatur-Niveau (die„heiße Seite") wird, ggf. in mehreren Schritten, im erfindungsgemäßen Verfahren zu den Kohlenstoffhaltigen Produkten verarbeitet. Die Wirtschaftlichkeit eines geothermischen Kraftwerks erhöht sich stark durch (a) die Vermeidung von Kühleinrichtungen und durch (b) die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnenen Kohlenstoff-haltigen Produkte ausgewählt aus der Gruppe umfassend oder bestehend aus Benzin, Diesel, Kerosin und Methan, bevorzugt von Kohlenwasserstoffen.
Bei sehr heißem geothermischen Heißdampf wird zunächst nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Kohlenstoff-haltiges Produkt ausgewählt aus der Gruppe umfassend oder bestehend aus Benzin, Diesel, Kerosin und Methan, bevorzugt Kohlenwasserstoffe produziert und dann zur„Kühlung" der Dampf für die Turbine aus kaltem Wasser erzeugt.
Um das erzeugte Kohlenstoff-haltige Produkt verkaufsfähig zu machen, muss es gekühlt werden: Dies geschieht, stufenweise, teils„passiv" (Wärmetauscher), teils„aktiv" durch Wärmepumpen, die die„abgezogene Energie" auf der einen Seite der„zu erwärmenden Seite" bei der Erwärmung o.a. Heißdampfs zuführen.
Wärmepumpen benötigen etwa 25% der Energie die sie transferieren, zum Betrieb. Angesichts des Preises von Diesel, Benzin etc. (7-10 Euro/Tonne Trinkwasser zu 200-400 USD/Tonne Diesel) ist dies wirtschaftlich. Quelle für das Kohlendioxid kann das Abgas einer ausschließlich oder überwiegend mit fossilen Brennstoffen (wie beispielsweise Kohle, Öl, Gas) betriebenen Einrichtung, vorzugsweise Kraftwerk, eingesetzt werden, oder das Abgas von mit fossilen Brennstoffen betriebene Motoren (z. B. Schiffsmotoren, Motoren von Kraftfahrzeugen) kann eingesetzt werden. Dieses Abgas enthält einen gegenüber der Atmosphäre höheren Gehalt an C0 2 .
Bei Kraftwerken, die ausschließlich oder überwiegend mit fossilen Brennstoffen (wie beispielsweise Kohle, Öl, Gas) betreiben werden, insbesondere bei Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerke, Öl- und Kohlekraftwerken, besonders bevorzugt bei Kohlekraftwerken gilt:
1) Das C0 2 gibt es „konzentriert" im Abgas des mit fossilen Brennstoff (wie beispielsweise Kohle, Öl, Gas) betriebenen Kraftwerks, denn das Abgas enthält einen gegenüber der Atmosphäre höheren Gehalt an C0 2 .
2) Das Abgas selbst ist sehr heiß (oft 1800-2500° C, selbst„nur" 900° C sind ein guter Wert). 3) Vorteilhafterweise kann der Dampf des Kraftwerks zunächst zur Stromerzeugung mit Hilfe einer Dampfturbine genutzt werden, und dann kann dieser Dampf weiter verwendet werden für den Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren („Dampf hinter der Turbine").
4) Optional wird der Dampf, soweit sinnvoll, durch Wärmepumpen, vorzugsweise durch Hochtemperatur-Wärmepumpen, auf die für das erfindungsgemäße Verfahren erforderliche Temperatur Beispiel von oberhalb von 300°C, bevorzugt oberhalb von 400°C, besonders bevorzugt von 450°C bis 900°C gebracht.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat somit zum Vorteil, dass die Gewinnung von Kohlenstoff-haltigen Produkten ausgewählt aus der Gruppe umfassend oder bestehend aus Benzin, Diesel, Kerosin und Methan, bevorzugt von Kohlenwasserstoffen sehr wirtschaftlich erfolgt. Ein weiterer Vorteil ist, dass Kraftwerke, die ausschließlich oder überwiegend mit fossilen Brennstoffen (wie beispielsweise Kohle, Öl, Gas) betreiben werden, sich in ihrer C0 2 -Bilanz verbessern.
Ebenso kann die Abwärme von Atomkraftwerken, also insbesondere der dort erzeugte heiße Dampf, im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden, auch hier vorzugsweise derart, dass eine Wärmepumpe
a) ganz oder überwiegend zur Kühlung und/oder Heizung des im Verfahren
eingesetzten Dampfes und/oder
b) zur Hochheizung des eingesetzten Kohlendioxids, vorzugsweise des C0 2 -haltigen Abgases,
dient.
Bei geothermischen Kraftwerken, zum Beispiel obige Nummern, ist ferner zu berücksichtigen, dass dort zur Kühlung des Dampfes bislang der Dampf oft zur Heizung von Gebäuden („Hausheizung") verwendet wird. Werden geothermische Kraftwerke in abgelegenen Gegenden installiert, gibt es dort keine oder nur zu wenige Gebäude, die beheizt werden können. Da ist dann die Kühlung des Dampfes (auf obiger„kalter" Seite) zur Hochheizung der„kleinen Menge" mit Hilfe von Wärmepumpen und Erzeugung von Kohlenstoff-haltigen Produkten gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie der/ Wärmetauscher die wirtschaftlichste Methode zur Kühlung, vor allem eben weil Kohlenstoff-haltigen Produkte ausgewählt aus der Gruppe umfassend oder bestehend aus Benzin, Diesel, Kerosin und Methan, bevorzugt von Kohlenwasserstoffen„hochpreisige Produkte" sind.
Ein geothermisches Kraftwerk im Sinne der Erfindung nutzt beispielsweise mit Hilfe eines Bohrlochs die Wärme im Erdinneren. Auch andere Möglichkeiten, wie beispielsweise die Nutzung der Hitze von Magma in Magma-Kammern, Lava-Seen, Vulkane (z. B. Krafla in Island) kann ein geothermisches Kraftwerk im Sinne der Erfindung als Energiequelle zur Erzeugung des heißen Dampfes nutzen.
Im Fall der Geothermie können die dem Fachmann bekannte Quellen in Island wie auch andere Stellen verwendet werden, z. B. weite Teile der mittelozeanischen Rücken, bei denen sehr hohe Temperaturen vergleichsweise„oberflächennah" (in wenigen Kilometern Tiefe unter dem Meeresboden) anzutreffen sind. Ebenso sind mögliche Quellen: zahlreiche Vulkaninseln im Pazifik, wie zum Beispiel Hawaii, sowie es sind Quellen von hohen Temperaturen von beispielsweise 600-900 °C oder mehr in großen Tiefen in Deutschland, Europa und weiten Teilen der Welt zugänglich, die beispielsweise mit einem Schneideverfahren des Erfinders kostengünstig erreicht werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch genutzt werden zur Herstellung von Kohlenstoff-Stickstoff-haltigen Produkten aus dem Dampf vor oder hinter einer Dampfturbine oder aus geothermisch gewonnenen Dampf, dadurch gekennzeichnet, dass bei Temperaturen oberhalb von 400°C die Kohlenstoff-Stickstoff -haltigen Produkte ausschließlich oder überwiegend aus dem Dampf, Stickoxiden,
sowie dem Kohlendioxid (C0 2 ) der Luft und/oder dem C0 2 des Abgases einer ausschließlich oder überwiegend mit fossilen Brennstoffen betriebenen Einrichtung gewonnen werden.
Diese Kohlenstoff-Stickstoff-haltigen Produkte können als Düngemittel dienen oder zur Herstellung von Düngemittel eingesetzt werden. Die Erfindung besteht auch in der innovativen Integration bestehender Komponenten: Dies belegt die Machbarkeit. Die Stilllegung alter Kohlekraftwerke aus wirtschaftlichen Gründen (statt durch den Benzin- und Dieselverkauf aus dem Abgas / der Abwärme die Wirtschaftlichkeit zu erhöhen) zeigt, dass die Erfindung für Fachleute der Rraftwerkswirtschaft keinesfalls naheliegend war. Ebenso war es nicht naheliegend, geothermische Bohrungen für die Benzin- und Dieselproduktion zu verwenden. Im Hochtemperaturbereich, insbesondere bei der Kombination
- Hochheizen des Dampfs durch Kühlen des„anderen Teils", zum Beispiel, aber nicht nur, zur Vermeidung der Kühltürme, und
- Erhöhung der Wirtschaftlichkeit von Kohlekraftwerken (u. a.)
ist dies neu.
Vorteilhaft für die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass die Energie kostengünstig ist, im Idealfall sogar„kostenlos" ist, weil die Energie ein Abfallprodukt in den Kraftwerken oder als geothermischer Heißdampf anfällt und genutzt wird. Erfindungsgemäß ist, dass die Menge an Verbrauchsmaterialien - und damit die Kosten - sehr klein ist, da die Materialien wiederverwendet werden (Zr, andere Metalle, Legierungen, Substanzen etc.).
Konzeptionell ist das erfindungsgemäße Verfahren eine Power to Liquids (PtL)-Methode, wobei die Energie („Power") der„kostenlose" Rohstoff ist und das Wasser preiswert (in der Regel gekauftes Trinkwasser) oder sehr kostengünstig, sogar (fast)„kostenlos" ist, z. B. bei Schiffen (Entsalzung des Meerwassers durch die Energie sowie gekauftes und im Schiff mitgeführtes Trinkwasser).
Da das Metall (gilt sinngemäß für Legierungen, andere Substanzen) nicht aufgebraucht wird sondern stets„wieder verwendet" wird, entstehen keine Verbrauchskosten. Selbst mit Zirkonium ist das erfindungsgemäße Verfahren somit wirtschaftlich. Vorteil der Erfindung ist schließlich, dass die Energie zum Antrieb der Metallaufbereitung etc. „schon vorhanden" ist (kostengünstig oder „kostenlos"), z. B. in Kraftwerksschornsteinen, Vulkanen, heißen/tiefen Geothermie-Sites etc.
Die großen Bohrschiffe (und viele Bohrinseln) der Explorationsindustrie können als Produktionsschiffe weiter verwendet werden. Bei großen Bohrschiffen (Stand der Technik) sind derartige „weitere Verwendungsmöglichkeiten" schon in der Information zur Kundengewinnung beschrieben, zum Beispiel mit dem Wort„Arbeiten am Meeresboden" (durch Tauchroboter etc.). Ebenso ist es möglich, umgerüstete, zum Beispiel dynamisch positionierte, Großtanker einzusetzen, die zum Beispiel ein besonders günstiges Schneideverfahren des Autors verwenden, um die Hitze der mittelozeanischen Rücken kostengünstig fördern und als Treibstoff verkaufen zu können.
Offenlegungsschrift DE 39 26 964 AI verwendet (S. 7, linke Spalte, Mitte) zuerst auch teure Elektrolyse um Wasserstoff zu erzeugen.
EP 2 491 998 AI, Sunfire verwendet teure Elektrolyse, um Wasserstoff zu erzeugen; im Wesentlichen zur Speicherung von Windstrom. Dieser Wasserstoff wird zur Reduktion des Kohlendioxids zu Kohlenmonoxid verwendet, wobei das Kohlenmonoxid weiter mit Wasserstoff in einer Fischer-Tropsch-Synthese zu synthetischen Kraftstoffen prozessiert wird.
Die Fischer-Tropsch-Synthese ist seit den 1920er Jahren Stand der Technik.
Bei Kohlekraftwerken ist die Stromerzeugung somit die „Vorbereitung der Produktherstellung":„Erzeugung von Hitze", „Wasserstoff und C0 2 " für„Diesel, Benzin, Kerosin etc." als„hochpreisige Produkte" aus der„Abwärme".
Letztlich ist die Stromerzeugung in Kohlekraftwerken derjenige kostensenkende(!) Schritt, bei der Kohlehydrierung, auf den in den 1920er und 1930- Jahren, ebenso wie heute bei der Diesel-, Benzin-, Kerosin-Herstellung, bislang niemand kam.
Die Kohle (bei Kohlekraftwerken) wird also dadurch „hydriert", dass sie erst zur Stromerzeugung, zur Erzeugung von Hitze, heißem(!) C0 2 (gasförmig) und heißem(!) Wasserdampf, verbrannt wird. Für andere Kraftwerke (Gas, Öl etc.) gilt das sinngemäß. Bei der Geothermie kommt die Hitze aus dem Erdinneren.
Insbesondere im Fall von Geothermie-Kraftwerken wird der Wasserdampf (in der Regel aber nicht nur) durch Hochtemperatur- Wärmepumpen von, zum Beispiel 600 °C auf 800- 1000 °C erhitzt.
Höhere natürliche Dampftemperaturen sind realistisch.
Wärmepumpen sind Kompressoren.
Als Wärme-Übertragungsmittel kann Wasserdampf verwendet werden.
Die Produktkühlung kann ebenfalls durch Wärmetauscher / Wärmepumpen erfolgen.
Die Dampfturbine befindet sich dann (zweckmäßigerweise aber nicht zwingend) hinter der Produkterzeugung als Teil der Produktkühlung (Vorwärmung des zugekauften Trinkwassers auf, zum Beispiel, 230 °C zum Antrieb der Turbine). Treibendes Agens ist nicht(!) die Energiebilanz (Energiegehalt des Treibstoffs in Relation zum Energieinhalt der verwendeten Kohle und dem Energieaufwand bei der Metallaufbereitung). Die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht auf folgender Kostenrelation:
1) Kostendeckung: fossiler Brennstoffe (wie Kohle, Öl, Gas) zur Stromerzeugung wird „ohnehin" verbrannt.
2) Gewinnerzielung: Zusätzlich wird das hochpreisige Produkt (Kohlenstoff-haltige Produkte ausgewählt aus der Gruppe umfassend oder bestehend aus Benzin, Diesel,
Kerosin und Methan, bevorzugt Kohlenwasserstoffe) aus den„Abfällen" heißes C0 2 und heißer Wasserdampf erzeugt.
Bei der Geothermie gilt dies sinngemäß. Dort gibt es dann sogar das C0 2 „kostenlos", z. B. durch eine Luftzerlegungsanlage aus der Luft oder aus dem Gas der Vulkane.
Die Komponenten selbst existieren alle:
(a) Kraftwerke.
(b) Vorrichtung zur Wasserstoff-Erzeugung (siehe oben) an Metallen / Legierungen / Substanzen (der Atomunfall in Fukushima als spektakuläres Beispiel).
(c) Vorrichtung zur Metallaufbereitung.
(d) Als chemische Reaktoren sind solche geeignet, die auch zur Synthese von Benzin/Diesel etc. aus C0 2 -Wasserstoff- Gemischen (obiger zitierter Stand der Technik) eingesetzt werden. Die Erfindung entstand durch Integration bestehender Komponenten in einer innovativen Weise.
Geothermie- Sites (auch Vulkane) können auch als reine Diesel / Benzin etc.-Sites betrieben werden, beispielsweise ohne Kraftwerk: Das C0 2 kommt dann, zum Beispiel durch eine Luftzerlegungsanlage aus der Luft.
Dies ist zum Beispiel auch bei Großtankern sinnvoll, die dynamisch über den mittelozeanischen Rücken (in der Regel im Kammbereich) positioniert werden: Dort ist große Hitze vergleichsweise oberflächennah (wenige Kilometer unterhalb des Meeresbodens) anzutreffen. Der Gewinn für die Umwelt:
Das C0 2 der Kohle wird dann, via Treibstoff, von Fahrzeugen emittiert.
Die Kohlekraftwerke laufen C0 2 -reduziert (ca. 30%) bzw. C0 2 -frei.
Dafür wird dann Erdöl eingespart.
Bei der Geothermie wird ganz auf die C0 2 -Emission verzichtet.
Geothermie- Sites sind „Wärmelagerstätten", auch Kraftwerksschornsteine sind kostengünstige Wärmelagerstätten. Aus der kostengünstigen Abwärme im Schornstein wird so durch das erfindungsgemäße Verfahren ein„hochpreisiges Produkt".
Wird das Produkt, via Hochtemperatur-Wärmepumpen gekühlt, so ist die Ausbeute an Produkt (Diesel, Benzin) vergleichsweise hoch.
Verwendetes Wasser, das als Diesel/Benzin etc. verkauft wird, muss ersetzt werden.
Aus der Relation:„Preis einer Tonne Trinkwasser" zu„Preis einer Tonne Diesel" ergibt sich der Nutzen. Da die wasserstoff-erzeugende Substanz (Metall/Legierung/Material) stets wieder„aufbereitet" wird, wird dies als ein Kreisprozess („katalytisch") bezeichnet.
Da es die Energie dafür „kostenlos" gibt (heißes Abgas) ist das Verfahren sehr wirtschaftlich.
Fokus liegt also nicht(!) auf den kJ (wie bei anderen Patenten etc., z. B. Az. DE 10 2009 014 728 AI).
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung: In das heiße Abgas (C0 2 ) und den heißen Dampf (Wasserdampf) wird Metall positioniert (so dass es umströmt wird), zum Beispiel in Form von Stäbe, Gitter, poröse Materialien, wobei Wasserstoff ohne Elektrolyse erzeugt wird.
Der Wasserstoff wird weiter geleitet für die weitere Verarbeitung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Das Metall wird, nachdem es„aufgebraucht" ist, wie oben beschrieben wieder aufbereitet (reduziert).
Mit dem Wasserstoff wird C0 2 zu CO reduziert (das C0 2 ist ohnehin schon sehr heiß) und dieses wird dann, via Synthesegas, nach bekannten Verfahren zu Kohlenstoff-haltigen Produkten ausgewählt aus der Gruppe umfassend oder bestehend aus Benzin, Diesel, Kerosin und Methan, bevorzugt von Kohlenwasserstoffen verarbeitet.
Der Wasserstoff reduziert dabei beispielsweise das C0 2 des Abgases, der Luft oder einer anderen Quelle, einschließlich Mischlösung (HCO 3 , Kohle, andere) zu CO; Dieses CO wird nach den Regeln der organischen Chemie, siehe auch, aber nicht nur, die Schritte bei der Kohlehydrierung (schon lange Stand der Technik), zu einem Synthesegas verarbeitet und dann zum angestrebten Produkt, beispielsweise Treibstoffe wie Benzin, Diesel, Kerosin, andere Produkte umgesetzt. Aufgrund der oben beschriebenen kostengünstigen Energiequellen ist das Verfahren sehr wirtschaftlich.
Bei Geothermiebohrungen: Bestellen beim Hersteller der Turbine / des Kraftwerks als gewünschte Zusatzeinrichtung zur Kühlung des Dampfes und/oder Erhöhung der Wirtschaftlichkeit (Wärmetauscher/Wärmepumpen, z.B. von Zulieferern) und (Katalysatoren etc.) von Zuliefern des Kraftwerksherstellers aus dem Bereich„chemische Reaktoren", bzw. gezielt angefertigte„Elemente mit großer Oberfläche", z. B. für die katalytische(n) Reaktion(en).
Bei Atomkraftwerken: Ebenso.
Im Bereich mobiler Kraftwerksaufstellungsorte (Bohrinseln, Schiffsmotoren etc.): Beim Kraftwerkshersteller. Großmotoren haben oft eine „vorgeschaltete" recht komplexe Aufbereitungsanlage für den Treibstoff. Jetzt können sie auch eine „nachgeschaltete" Aufbereitungsanlage für das Abgas bekommen. Anstatt die Kosten dadurch zu erhöhen wird durch die Rückgewinnung eines Teils(!) der Energie im Abgas als Treibstoff die Wirtschaftlichkeit erhöht.
Bei anderen Kraftwerken: fallweise nach Art des Kraftwerks.
Die erfindungsgemäße Anlage ist eine Zusatzanlage, d.h. sie würde an bestehende Kraftwerke oder an geothermischen Energiequellen hinzugefügt werden. Obiger Kreisprozess wird, ebenso wie beim Abgas-Katalysator bei Autos, von der Energie angetrieben. Er wird deshalb als Kreisprozess (gegebenenfalls auch als katalytisch) bezeichnet.
Obige Wasserstoff-Bildung bei hohen Temperaturen kann auch mit anderen geeigneten Materialien stattfinden, sofern sie in einem Kreisprozess wieder aufzubereiten sind.
Wie im Ausführungsbeispiel dargestellt, funktioniert die Wasserstoffbildung im erfindungsgemäßen Verfahren ohne Elektrolyse mit Zirkalloy-Legierung, also dem Material der Brennstäbe eines Kernkraftwerks (wie z.B. das des explodierten Kernkraftwerks in Fukushima). Dieses erfindungsgemäße Verfahren kann deshalb auch als „Fukushima-Verfahren" bezeichnet werden. Die eingesetzten Metalle können auch zusammen mit weiteren Substanzen eingesetzt werden, ggf. zusammen mit„Verunreinigungen" bei denen die die Wasserstoff-Bildung auch funktioniert. In Fukushima waren dies z. B. weitere Metalle aber auch Substanzen, z. B. des beigefügten Meerwassers, organische Substanzen (Mikrobiota im Meerwasser), Teile der Befüllung der Brennstäbe etc., die bei den Zerschmelzen des Reaktorkerns zu einer Masse („Corium" in der Literatur genannt) beteiligt waren.
Andere wasserstoff-erzeugende Materialien, auch„klassische Katalysatoren", auch teure Edelmetalle (wie Platin etc.) sind, sofern sie zum Zweck der Erfindung verwendet werden und sofern die Wasserstoff-Bildung bei hohen Temperaturen ohne oder weitgehend ohne Elektrolyse erfolgt, durch die Patentschrift auch erfasst.
Ausführungsbeispiel:
Als Metall wird ein Stab aus Zirkalloy eingesetzt. Dieses Material war erhältlich als Hüllrohr, wie es bei thermischen (z. B. wassergekühlten) Kernreaktoren verwendet wird (aber ohne das Uran/Plutonium/Mischoxid, mit dem sie befüllt werden können) und ohne die Umhüllung, die die Wasserstoff-Bildung bis zur Beschädigung der Umhüllung verhinderte.
Alternativ kann auch Zirkalloy als Granulat, Pulver etc. gekauft und eingesetzt werden. Der Zirkalloy-Stab wird erhitzt, in dem eine Seite der Stäbe sich im heißen Abgasstrom von einem Kraftwerksschornsteinen befindet. Durch die Wärmeleitung erwärmte sich der ganze Stab.
Der heiße Zirkalloy-Stab wurde außerhalb des Schornsteins mit Wasserdampf umspült bei ca. 850 °C.
Hierbei bildete sich am heißen Zirkalloy-Stab Wasserstoff. Der Zirkalloy-Stab wird dabei ganz oder zum Teil oxidiert.
In diesem Teil ist der Zirkalloy-Stab (alternativ können auch mehrere Stäbe eingesetzt werden) von einem Behälter umgeben, der den Wasserdampf / Wasserstoff kontrollierbar hält.
Der gebildete H 2 wurde mit dem heißen zugeführten C0 2 aus dem Abgas eines Kraftwerks reagieren gelassen (wobei ggf. auch CO, HC03 etc. aus dem Abgas eines Kraftwerks enthalten sein können) (alternativ kann auch das C0 2 aus den anderen in der Beschreibung genannten Quellen eingesetzt werden).
Hierbei entstand nach der Reaktion (Wassergas-Gleichgewicht) C0 2 + H 2 CO + H 2 0 (ΔΗ = 41 ,2 kJ/mol)
Kohlenmonoxid (CO). Das CO wurde gemäß dem Fachmann bekannten Verfahren weiter zu Kohlenstoff-haltigen Produkten verarbeitet. Der Stab ursprünglich aus Zirkalloy (Material der Brennstäbe) bestehende Stab wurde nach der Wasserstoffbildung aus dem Verfahren entfernt. Dieser aus dem Verfahren entfernte „verbrauchte" Stab enthält vor allem oxidiertes Zirconium und wurde wie folgt aufgearbeitet, um das Zirkonium für die Zirkalloy-Legierung wieder zu gewinnen: Dazu wird der Stab in einer Natriumhydroxid-Schmelze gekocht (alkalischer Aufschluss). Das resultierende Zirconiumdioxid wurde danach mit Koks im Lichtbogen zu Zirconiumkarbonitrid (Kohlenstoff und stickstoffhaltiges Zirconium) und anschließend mit Chlor zu Zirconiumtetrachlorid umgesetzt.
Zr0 2 + 2 C + 2 C bei 900°C ZrC w + 2 CO
Das Zirconiumtetrachlorid wurde im so genannten Rroll-Prozess mit Magnesium in einer Helium-Atmosphäre zu Zirconiummetall reduziert.
ZrCl 4 + 2 Mg Zr + 2 MgCl 2
Als Energiequelle diente hierbei die„kostenlose" Energie der Kraftwerksschornsteine bzw. der Geothermie und anderer geeigneter Energiequellen.
Das Verfahren ist also, in Bezug auf den Bedarf an Energie, aufwändig.
Das erfindungsgemäße Verfahren wandelt also vorhandene (kostenlose oder kostengünstige) Energie in hochpreisige „transportierbare" Kohlenstoff-haltigen Produkten ausgewählt aus der Gruppe umfassend oder bestehend aus Benzin, Diesel, Kerosin und Methan um.